跨孔雷达全波形反演成像方法的研究

跨孔雷达全波形反演是一种使用全波形信息反演两钻孔之间地下信息的层析成像技术.常规的层析成像反演大部分采用射线追踪方法,其中基于初至时的射线追踪方法可以反演出速度剖面（介电常数剖面）,基于最大振幅的层析成像可以反演出衰减剖面（电导率剖面）.常规射线追踪方法有许多不足,究其原因是该方法仅使用了小部分的信号信息.为了进一步提高成像分辨率,本文全面推导了全波形跨孔雷达层析成像反演方法,该方法利用雷达波全幅度相位信息能够反演出地下高分辨率的介电常数和电导率图像.本文通过基于局域网的分布式并行算法,有效地解决了巨量数据正演计算问题.文中首先建立了基于单轴各向异性介质完全匹配层的时间域有限差分二维正演算法,进而通过应用包括时间维度在内的全波场信息与残场逆向传播的全波场信息乘积来计算梯度方向,通过求取以步长为自变量的目标函数的极值确定步长公式,并提出以第一次介电常数反演作为同步反演的初始模型,能够有效提高收敛速度.本文对多组模型进行成像实验,取得了较好的反演效果.     

斜入射平面电磁波的视电阻率及其影响

传统的大地电磁法及音频大地电磁法都假设平面电磁波垂直入射地球表面,且忽略位移电流的影响.实际中,电磁波并不总是垂直入射地球表面,在某些情况下,位移电流也不可忽略.本文以新的方式推导了全电流条件下平面电磁波倾斜入射层状介质表面时的波阻抗公式,分析了位移电流、入射角、磁导率以及介电常数对TE和TM模式视电阻率之间相对差别的影响.结果表明:电磁波垂直入射地球表面时,TE和TM模式视电阻率相等,该特性与位移电流大小、磁导率和介电常数变化无关.当位移电流可忽略时,TE和TM模式视电阻率相等,该特性与入射角、磁导率和介电常数变化无关.当电磁波倾斜入射且位移电流不可忽略时,TE和TM模式视电阻率不相等,两者的差别随位移电流和入射角的增大而增大且与磁导率和介电常数有关.一般地,当位移电流超过传导电流的5%时,其影响就不可忽略.因此,实际数据处理及反演解释中,对特殊地质条件或频率很高时,应考虑位移电流、入射角、磁导率以及介电常数对TE和TM两种视电阻率模式之间差异的影响,否则可能得不到正确的结论.     

云雾对电磁传输特性影响的研究

在瑞利散射、液态水介电常数模型、雾滴谱分布基础上,分析了单个云雾粒子和群雾滴的电磁传输特性.数值模拟计算表明,电长度是影响云雾粒子电磁传输特性的主要因素,温度的影响相对较小.平流雾分布的电磁传输特性强于辐射雾的传输特性,影响群雾滴传输特性的因素由大到小依次为人射波频率、含水量和温度.所得结论对提高降水测量的精度,减小卫...     

西部地区近地表调查技术研究及应用

西部地区地表条件非常复杂,已成为影响地震资料采集质量的关键因素之一。在对地质雷达、微测井、约束层析反演、表层取心、浅层折射等多种近地表调查方法进行介绍的基础上,将以上方法在准噶尔盆地及陕北黄土塬地区进行综合运用的效果进行了比较和分析,形成了针对这些地区较成熟的近地表调查技术。     

探地雷达探测中对媒质相对介电常数的测定

分别就探地雷达探测中的收发一体式天线、收发分离式天线在实际工作中对媒质相对介电常数的几种主要测定方法：已知目标深度法、点源反射体法、共中心点（CMP）法及层状反射体法,从理论到实例一一做了详细的论述。实践证明,这些方法能够满足生产要求。     

LNAPLs迁移的数值模拟和土壤介电性质的变化分析

包气带是地面以下潜水面以上的地带,由非饱和多孔介质构成.LNAPLs泄漏到土壤中后会对包气带和地下水造成严重污染.为了准确探测出LNAPLs的迁移范围,有必要对其迁移规律及迁移对土壤介电常数的影响进行研究.本文从扩散方程出发,采用数值模拟研究了LNAPLs泄露速率对其在包气带中迁移的影响,分析了LNAPLs迁移过程中土壤相对介电常数的变化特征.研究结果表明,LNAPLs在土体中的迁移范围受到渗漏速率的影响:对于均匀渗漏,渗漏速率越大,迁移范围越大;对于非均匀渗漏,单位时问内渗漏量一定时,LNAPLs在土体中的扩散范围短期内受到渗漏速率非均匀性的影响,但长期内并不受此影响.LNAPLs的泄露会使区域中土壤相对介电常数发生变化:在毛细水带以上的非饱和区域,相对介电常数变化较小,但由于LNAPLs的扩散,驱使土壤中残余水向两侧迁移,进而形成明显的"山形";在毛细水带,相对介电常数随LNAPLs量的变化而明显变化,并有明显的横向变化趋势.     

机载GPS反射信号土壤湿度测量技术

随着全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)技术的发展, 近年来提出了利用GPS地表反射信号遥感土壤湿度的新方法, 该方法利用地表反射率与土壤介电常数以及介电常数与土壤湿度之间的关系来建立反演模型。为了可以快速方便的利用DMR实测数据反演得到土壤湿度, 本文根据Wang和Schmugge模型建立了土壤介电常数与湿度之间的分段模型, 实现了从原始反射数据到土壤湿度结果的整个反演流程。为了验证反演的可行性, 利用NASA等机构联合进行的SMEX02试验机载数据反演得到的结果表明, GPS反射信号能够有效地反演     

管线渗漏异常探地雷达数据的电场分量成像分析

探地雷达（GPR）是管线渗漏探测的有效方法,但是当地下介质分布较为复杂时,难以直接从GPR数据剖面图中准确识别出渗漏异常区。为此,针对渗漏异常区含水量高的特点,根据反射波系数与介电常数的关系,提出了GPR数据的电场分量成像技术。利用时间域有限差分法（FDTD）模拟了不同介电参数的地质模型在GPR中的电磁波响应,由正演模拟结果可知分界面两侧介质的介电常数差异性越大反射波能量越强。最后将GPR数据的电场分量成像技术应用于某工业区管道渗漏探测中。试验结果表明,管道渗漏异常区在电场分量图谱中表现为高幅值区。     

适用于地质灾害岩土层含水量微波分层监测系统的研究

发展为地质灾害预测预报所需用的岩土层含水量及渗透力测试仪，并与气候雨量、地质灾害成灾规律联系。是我国地质灾害监测预报的发展趋势。该监测仪系统采用TDR（Time Domain Refiectometry）技术原理、方法研制的仪器，通过波导棒探针发射的电磁波射入岩土层，测量电磁波脉冲从波导棒的起点传播到接收未端的反射电压值，此反射电压值与岩土体本身含水量介电常数有函数关系，经过计算转换为测点岩土体积含水量。实时测量和采集地质灾害岩土层含水量及渗透力参数。该系统适用于地质灾害监测区野外的使用，具有测量深度深、可测介面硬层、自动采集、存卡、无线遥测以及无人值守等性能特点。     

核壳结构C/TiO2复合材料的制备与微波吸收性能研究

以葡萄糖为碳源,用水热法成功制备了碳微球,再以Ti （SO₄）₂为钛源,制备了核壳结构的C/TiO₂复合微球.为提高材料介电损耗,将样品在N₂氛围中不同温度条件下进行了碳化.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对样品的结构和形貌进行了表征,用矢量网络分析仪测试了样品在2~18 GHz范围的复介电常数,并计算其反射损耗.结果表明：碳微球具有较高的微波介电损耗;碳微球与TiO₂复合后,在相同层厚条件下,反射损耗峰向低频迁移;700℃和800℃碳化下的C和C/TiO₂复合材料具有优良的微波吸收性能,其中C-700复合材料最小反射损耗达到-41.2 dB,低于-10 dB的最大吸收带宽达到4.5 GHz,C/Ti-700复合材料的最小反射损耗为-30.0 dB,最大吸收带宽达4.2 GHz.